具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，属于油田工具领域。该具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置包括本体、钻杆和喷嘴；所述本体为筒状结构，一端为开口端，另一端为盲端；在所述本体的盲端端面上开有钻杆孔，或者在本体的侧壁上开有钻杆孔；所述钻杆的一端位于本体的内腔中，另一端从所述钻杆孔钻出后与所述喷嘴连接；在所述喷嘴上开有与其同轴线的中心孔，其与钻杆的中心孔连通；在所述喷嘴上设有至少一个斜面；所述钻杆与钻杆孔形成滑动连接副。

【技术实现步骤摘要】
具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置
本技术属于油田工具领域，具体涉及一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置。
技术介绍
常规油气钻井使用旋转钻进的方法，通过钻头与井底岩土间的相对旋转进行切削破岩。在钻进的同时，为了给钻头降温并清洗钻屑，通过使用空心钻杆，并在钻头上设置水眼。将钻井液高压注入到钻杆空腔内，通过钻头水眼喷到井底，然后经过钻杆和井眼环空返回到地面，并将钻屑携带出井筒。由于钻井液从钻头水眼喷出后具有一定的动能，对岩土形成一定的冲击作用，起到辅助破岩的目的。该方法需要设备驱动钻杆旋转，不适用于微小直径井眼的钻孔。另外可以通过高压水射流，直接进行破岩钻井，该技术无需设备驱动钻杆旋转，适合微小井眼钻进，但该技术存在用液量大、施工压力高、设备要求高、效率低等问题，应用受到限制。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，实现在钻进的同时，喷嘴周向摆动，起到辅助破岩、加速喷射造孔的效果。本技术是通过以下技术方案实现的：一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，包括本体、钻杆和喷嘴；所述本体为筒状结构，一端为开口端，另一端为盲端；在所述本体的盲端端面上开有钻杆孔，或者在本体的侧壁上开有钻杆孔；所述钻杆的一端位于本体的内腔中，另一端从所述钻杆孔钻出后与所述喷嘴连接；在所述喷嘴上开有与其同轴线的中心孔，其与钻杆的中心孔连通；在所述喷嘴上设有至少一个斜面；所述钻杆与钻杆孔形成滑动连接副。所述喷嘴的中心孔的直径小于钻杆的内径。所述喷嘴包括连成一体的圆柱体结构和喇叭口结构，所述圆柱体结构的一端插入到钻杆的中心孔内与钻杆固定连接，另一端与所述喇叭口结构的小直径端连接，在喇叭口的大直径端上设置所述斜面；所述大直径端的直径大于所述小直径端的直径；所述大直径端的直径为钻杆直径的1到2倍。多个所述斜面在大直径端的圆周上均布；或者所有斜面或者部分斜面设置在大直径端的偏转方位的圆周上。各个所述斜面的角度相同或者不同。所述钻杆为小直径薄壁管，其直径为3-20毫米，壁厚为0.1到2毫米。所述喷嘴的中心孔的直径为0.1毫米到5毫米。在所述钻杆孔处的内壁上开有密封槽，在密封槽内安装有密封圈；或者在所述钻杆孔内安装有压力控制装置。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.小直径钻杆与本体通过滑动副连接，利用喷嘴出口节流产生压差，以施加钻压；2.通过在喷嘴端部设置周向斜面，将钻压分解为绕喷嘴轴心的周向力，驱动喷嘴转动；3.利用钻杆与本体、孔洞的摩擦力限制钻杆转动，将喷嘴转动转化为钻杆的弹性扭转变形；4.当岩石突然剥落或流体排量波动时，钻杆内积聚的弹性扭转变形释放，带动喷嘴反向旋转；5.利用喷嘴的水力喷射和喷嘴扭转摆动共同作用造孔。附图说明图1为一种具有周向摆动效果的小直径井眼钻进装置在未工作状态示意图图2为一种具有周向摆动效果的小直径井眼钻进装置在工作状态的示意图图3-1为喷嘴外形结构立体图图3-2为喷嘴轴截面图。其中，1为装置本体；101为工具内腔；2为主井眼的侧壁；3为小尺寸钻杆；4为密封圈；5为喷嘴；501为喷嘴中心孔；502为喷嘴周向斜面；6为主井眼的井底；7为新钻井眼的井壁；8为新钻井眼的井底。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细描述：为了实现低成本前提下进行微小井眼钻孔，本技术提供了一种利用液体压力、射流动能和机械力共同作用的微小井眼钻进装置。该装置通过液体压力加钻压，利用小直径喷嘴喷射液体的动能造孔，并设计了特殊的喷嘴外形，利用小尺寸钻杆的扭转力学特性和地层对喷嘴的作用力变化，可以在射流钻进的同时，实现喷嘴周向摆动，对储层进行机械切削，起到加速喷射造孔的效果。小直径钻杆穿过本体上的圆孔，一端在本体内，另一端在本体外，形成滑动连接副，钻杆在轴向力的作用下能够外伸。通过密封处的摩擦力防止钻杆滑落，或者在本体的开口处安装压力控制装置，当压力达到一定值后装置破坏，钻杆才能外伸。喷嘴与钻杆为固定连接，喷嘴的中心孔直径小于钻杆内径，由于节流作用，在喷嘴截面上产生节流压差。节流压差产生的轴向力驱动钻杆外伸，并引起喷嘴和井底间产生压紧力。喷嘴端部沿周向分布若干斜面，斜面的角度根据所钻地层和喷嘴材质间的摩擦系数而定，保证在钻杆轴向力的作用下，喷嘴和岩石间可以相对转动。在压紧力的作用下，在喷嘴斜面上产生周向分力，使喷嘴相对岩石产生扭转。由于钻杆和本体、孔壁间的摩擦力，钻杆不会完全随喷嘴转动，绕其轴线发生扭转变形，在钻杆内部积累了弹性势能。当与喷嘴斜面接触的井底岩石在射流或者机械力作用下剥落时，或通过钻杆的流体排量发生波动时，钻杆内积累的弹性势能将带动喷嘴反向旋转。以上过程循环往复，实现喷嘴绕轴线摆动，起到辅助造孔的效果。图1为一种具有周向摆动效果的小直径井眼钻进装置在未工作状态时的示意图。1为装置本体，设有穿过其表面的孔道，孔道方位根据需要而定，为了说明方便，本例中孔道开在本体1的右端面，与本体同轴(根据目标钻孔的方位，可将孔道设置在本体端面上偏离轴线的位置，或者本体的侧面，与本体轴线成一定角度)。小尺寸钻杆3穿过该孔道，一端在本体内，另一端在本体外；101为工具内腔，作业时101内充满高压流体；2为主井眼的侧壁，主井眼2在工具下入前预先钻好；3为小尺寸钻杆，为小直径薄壁管(直径3-20毫米，壁厚0.1到2毫米)，其长度根据造孔需要而定，本例为了方便说明，其长度较短。小尺寸钻杆3内孔一端与本体内腔101相通，一端与喷嘴5固定连接(钻杆与喷嘴可以通过焊接、螺纹连接、销钉或者环压等方法连接)；4为密封圈(本例中本体上开密封槽，槽内安装密封圈，也可以设计为单独的密封组件，通过螺纹、焊接等形式安装到本体上)，将本体1孔道与小尺寸钻杆3两者之间的间隙密封；5为喷嘴，一端与小尺寸钻杆3固定连接，另一端设置有周向斜面502，沿其轴线钻有中心孔501；喷嘴中心孔501的直径远小于钻杆3的内径(中心孔直径为0.1毫米到5毫米，可根据需要调整)，在内腔101中的高压流体的作用下形成节流压差，将喷嘴5压向井底6，并带动钻杆3向外外伸；502为喷嘴周向斜面，节流压差作用在喷嘴截面上产生轴向力，在轴向力的作用下斜面502上产生反力，反力在周向上的分力使喷嘴绕其轴线扭转；6为主井眼的井底。图2为一种具有周向摆动效果的小直径井眼钻进装置在工作状态时的示意图。7为新钻井眼的井壁，由于地层的非均质性和造孔过程中钻杆3、喷嘴5的振动，新钻井眼7的轴线不一定为直线，直径大于喷嘴5的最大直径，孔壁表面不光滑，与钻杆3之间有一定的摩擦力，可以防止钻杆3转动；8为新钻井眼的井底，喷嘴5在节流压差的作用下与井底紧密接触。。喷嘴结构如图3-1和图3-2所示，喷嘴由圆柱体结构和喇叭口结构构成，圆柱部分用于和钻杆连接，喇叭口的直径略大于钻杆直径(为钻杆直径的1到2倍，根据地层性质和工艺要求调整)。钻孔的直径略大于钻杆直径，以减少钻进摩擦力。在喇叭口上设置斜面。5为喷嘴；501为喷嘴中心孔，其直径远小于钻杆3的内径，在内腔101高压流体的作用下形成节流压差，将喷嘴5压向井底6，并带动钻杆3向外伸；502为喷嘴周向斜面，其倾斜角度根据岩土和喷嘴间的摩擦系数而定，保证喷嘴不会因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，其特征在于：所述装置包括本体、钻杆和喷嘴；所述本体为筒状结构，一端为开口端，另一端为盲端；在所述本体的盲端端面上开有钻杆孔，或者在本体的侧壁上开有钻杆孔；所述钻杆的一端位于本体的内腔中，另一端从所述钻杆孔钻出后与所述喷嘴连接；在所述喷嘴上开有与其同轴线的中心孔，其与钻杆的中心孔连通；在所述喷嘴上设有至少一个斜面；所述钻杆与钻杆孔形成滑动连接副。

【技术特征摘要】
1.一种具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，其特征在于：所述装置包括本体、钻杆和喷嘴；所述本体为筒状结构，一端为开口端，另一端为盲端；在所述本体的盲端端面上开有钻杆孔，或者在本体的侧壁上开有钻杆孔；所述钻杆的一端位于本体的内腔中，另一端从所述钻杆孔钻出后与所述喷嘴连接；在所述喷嘴上开有与其同轴线的中心孔，其与钻杆的中心孔连通；在所述喷嘴上设有至少一个斜面；所述钻杆与钻杆孔形成滑动连接副。2.根据权利要求1所述的具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，其特征在于：所述喷嘴的中心孔的直径小于钻杆的内径。3.根据权利要求2所述的具有周向摆动效果的小直径井眼喷射钻进装置，其特征在于：所述喷嘴包括连成一体的圆柱体结构和喇叭口结构，所述圆柱体结构的一端插入到钻杆的中心孔内与钻杆固定连接，另一端与所述喇叭口结构的小直径端连接，在喇叭口的大直径端上设置所述斜面；所述大直径端的直径大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：程光明，马兰荣，赵建军，赵晨熙，尹慧博，戴文潮，韩峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11